Dokument: Analyse der Elektronenemission bei der Wechselwirkung ultrakurzer, hochintensiver, CEP-stabilisierter Laserpulse mit Festkörperplasmen
| Titel: | Analyse der Elektronenemission bei der Wechselwirkung ultrakurzer, hochintensiver, CEP-stabilisierter Laserpulse mit Festkörperplasmen | |||||||
| Weiterer Titel: | Analysis of the electron emission from the interaction of ultrashort, CEP-stabilized high-intensity laser pulses with solid density plasma | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44430 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20171218-092018-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kleeschulte, Florian [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Univ.-Prof. Dr. Dr. Müller, Carsten [Gutachter] Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wechselwirkung hochintensiver (I>1e17 W/cm^2), ultrakurzer (7 fs) Laserpulse mit einem Festkörperplasma. Dies geschieht in einem breiten Parameterbereich und erstmals unter Einbeziehung der CEP der Pulse. Dabei wurden hohe Elektronenenergien gemessen (> 400 keV).
Es wird ein neuer Beschleunigungsprozess identifiziert, der auf der gegenseitigen Abstoßung emittierter Elektronen beruht. Es zeigt sich, dass die Elektronen eine Zeit lang auf einem elektrischen Feld "surfen", welches sich mit ihnen von der Targetoberfläche wegbewegt. Die erreichten Energien übersteigen ein Vielfaches dessen, was klassische Überlegungen voraussagen würden. Dieser Prozess wird zunächst in einer PIC-Simulation betrachtet und analysiert. Der postulierte Mechanismus wird daraufhin, auf das Wesentliche reduziert, in einem numerischen Modell nachgebildet und so dessen Wirksamkeit bestätigt. Die Elektronenquelle wird innerhalb des Laserparameterraums charakterisiert. Dabei werden nicht nur Skalierungen der Elektronenenergie und -anzahl identifiziert, sondern auch Vergleiche zu bereits bekannten Prozessen angestellt. Um Versuche zur CEP-Abhängigkeit zu ermöglichen, wird eine Hohlfaseranordnung zur spektralen Verbreiterung notwendigen Optimierungen unterzogen, mit dem Ziel, möglichst kurze Pulse bei maximaler Energie und maximaler Fokussierbarkeit zu erzeugen. Die Emission von Elektronen und Röntgenstrahlung aus dem Plasma wird in Abhängigkeit der CEP untersucht, um neue Erkenntnisse über die Mechanismen der Wechselwirkung erhalten. Dabei zeigt sich, dass die Ionisationsdynamik auf einer fs-Zeitskala nahe des Pulsmaximums in der Lage ist, globale Eigenschaften des Plasmas zu beeinflussen. Um diesen Effekt zu erklären, wird ein Modell entwickelt, welches auf der CEP-abhängigen Tunnelionisation beruht. Dessen Ergebnisse stimmen gut mit den Messungen überein. Aus der Kombination der Messdaten mit dem Modell können drei neue und sehr einfach zu realisierende Möglichkeiten entwickelt werden, um die CEP bei der Wechselwirkung absolut bestimmen zu können.This work deals with the investigation of high-intensity (I>1e17 W/cm^2) ultrashort (7 fs) laser pulses interacting with plasma. This is carried out in a broad parameter space and for the first time in consideration of the CEP of the pulses. High electron energies were detected (> 400 keV) In this process a new accelerating mechanism is identified, which is based on the mutual repulsion of emitted electrons. These electrons manage to stay -- for a certain time -- in phase with an electric field, which moves along with them away from the target's surface. The electrons' energies exceed the ponderomotive energy by many times. This process is first investigated and analyzed in a PIC-simulation. The postulated mechanism is reduced to the essential parts and recreated in a numerical model, which proves the supposed mechanism. The electron source is fully characterized within the laser's parameter space. Scaling laws for the electron energy and number are found and comparisons to already known acceleration mechanisms are made. To make experiments with cep-variations possible, the performance of the hollow fiber setup for spectral broadening of the pulses is improved. These improvements are carried out to generate the shortest possible pulses with maximum energy and a good focusing ability. The emission of electons and x-ray radiation from the plasma is investigated with regard to dependency on the CEP to obtain informations on the interaction mechanism. It shows that the ionization dynamics on a fs-timescale near the pulse maximum affect global plasma parameters. To explain this effect a model is developed based on CEP-dependent tunnel ionization. Its results are in good agreement with the experimental data. By combination of the experimental results with this model three new and convenient ways to absolutely measure the CEP are developed. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 18.12.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 18.12.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 23.10.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 08.12.2017 |
